DE973296C - Kolbenabdichtung - Google Patents

Description

AUSGEGEBENAM 14. JANUAR 1960

G 15017 XII/47f

Kolbenabdichtung

Für die Abdichtung der Kolben von Brennkraftmaschinen hat man bereits Kolbenringe mit L-förmigem Querschnitt benutzt. Solche Ringe wurden entweder in Kolbennuten · eingelegt, deren Breite der größten axialen Abmessung des Ringes und deren Tiefe der größten radialen Abmessung des Ringes entsprach, oder aber der sich radial erstreckende Schenkel des Ringquerschnittes wurde in eine auf dem Grund einer der größten axialen Abmessung des Ringes entsprechenden Nut vorgesehene Nut eingelegt, deren Tiefe der größten radialenAbmessung des Ringes entsprach. Bei solchen Kolbenringen ist es ferner bekannt, den Gasdruck hinter den Kolbenring zu leiten, um. eine zusätzliche Anpressung des Dichtringes zu erhalten und dem sogenannten Ringflattern entgegenzuwirken. Zu diesem Zweck wurde entweder die Toleranz des Ringes in der Kolbennut entsprechend bemessen, oder es wurden in dem Kolben besondere Bohrungen bzw. Kanäle angebracht, durch die der Gasdruck hinter den Ring treten konnte.

Trotz dieser Maßnahme sind solche Ringe nicht flattersicher, da bei jedem Arbeitsspiel zeitweise ein gewisser Gleichgewichtszustand zwischen dem Gasdruck und den Massenkräften entsteht, so daß ein Durchlecken der Gase auftritt. Auch bezüglich guter Anschmiegsamkeit hat der L-Ring noch Mängel. Bei axial sehr langer Ausbildung ist zwar der

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zylindrische Rand in seinem oberen, also stegentfernten Flächenbereich anschmiegsam, doch tritt trotzdem häufig eine unzuverlässige Anpressung des Ringes an die Zylinderwand ein. Umgekehrt verfügt der untere Flächenbereich des L-Randes infolge des an ihm befindlichen Ringsteges zwar über eine ausreichende Anpreßkraft, er ist aber radial wieder zu steif.

Auch ist es bekannt, zur Abdichtung von Kolben

ίο Ringe mit U- oder M-Querschnitt zu verwenden. Der Gasdruck wurde auch bei solchen Ringen schon zur Unterstützung des Anpreßdruckes des Kolbenringes an die Zylinderlauffläche herangezogen. Um ein Durchblasen der Gase hinter dem Kolbenring zu vermeiden, wurde ein Radialschenkel des Ringes mit nur so viel Spiel in eine Kolbennut eingesetzt, daß sowohl bei der Aufwärts- als auch bei der Abwärtsbewegung eine Abdichtung durch diesen Schenkel eintrat. Auch derartige Ringe sind aber

ao im oberen Drehzahlbereich nicht immer flattersicher und neigen leicht zum Brechen.

Ferner sind axial sehr schmale Kolbenringe bekannt. Durch das geringe Gewicht eines solchen Dichtringes tritt das Sichabheben des Ringes von der unteren Nutenseitenwand entgegen dem Gasdruck erst bei einem höheren Drehzahlbereich ein als sonst. Bei sehr schnell laufenden Motoren werden aber die Massenkräfte der axial sehr schmalen Ringe doch so groß, daß sich der Ring im oberen Drehzahlbereich von der Zylinderwand abhebt und dann Gasverlust durch Ringflattern verursacht. Als nachteilig hat es sich ferner herausgestellt, daß derartige Ringe eine zu geringe Ölkeilbildung haben und infolgedessen einen höheren Verschleiß der

Zylinderwand Verursachen. Auch ist die Anschmiegsamkeit an die Zylinderwand nicht immer befriedigend.

Bei einer weiterhin bekannten Abdichtung für Dampfkolben ist ein zweiteiliger Dichtungsring

unmittelbar in einer Kolbenringnut geführt und hinter den beiden Ringteilen ein Hilfsring angeordnet, der je nach der Beaufschlagungsrichtung des Kolbens nach der einen oder anderen Richtung als zusätzliche Abdichtung wirkt und zugleich bewirkt, daß stets nur einer der beiden Ringteile durch Dampfbelastung zum Anliegen an der

Zylinderfläche kommt. Diese Abdichtung ist für

Kolben von Brennkraftmaschinen nicht geeignet.

Schließlich ist bereits eine Kolbenringabdichtung für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen worden, bei der in einem U-förmigen, radial dickeren Tragring ein radial dünnerer Hilfsring frei beweglich gelagert ist, der durch hinter denselben geleitete Gase gegen die Zylinderfläche gedruckt wird. Infolge seiner Nachgiebigkeit ist zwar ein dichtes Anliegen dieses Hilfsringes an der Zylinderwandung sichergestellt, jedoch ist keine Gewähr dafür gegeben, daß die hochgespannten Verbrennungsgase nicht an dem Tragring vorbei durchblasen, weil letzterer mit Spiel in der zugehörigen Kolbenringnut sitzen muß, um die Verbrennungsgase durch Ausnehmungen im Stegteil des Tragringes hinter den Hilfsring treten zu lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenabdichtung zu schaffen, bei der die Nach- §5 teile der vorerwähnten bekannten Dichtungen vermieden sind und bei der sowohl eine unbedingt sichere Anlage der Dichtringe an der Zylinderfläche erzielt als auch ein Durchlecken der Verbrennungsgase an den Tragringen der Dichtringe vorbei mit Sicherheit vermieden wird. Das wird bei einer Kolbenabdichtung mit einem radial dünnen, an der Zylinderwand anliegenden Kolbenring und mindestens einem radial stärkeren Tragring, der durch über Bohrungen, Kanäle od. dgl. aus dem Druckraum hinter seine Rückenfläche geleitete Gase zusätzlich an die Zylinderwand gepreßt wird, gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch erzielt, daß Hilfsdichtringe vorgesehen sind, die das Entweichen der hinter den Tragring und/oder den Schmiegring geleiteten Gase verhindern.

Die Erfindung kann in einfacher Weise so durchgeführt werden, daß ein im Querschnitt rechteckiger Schmiegring in einer in ihrer Mitte tiefer ausgeführten Nut des Tragringes liegt, die über auf den Umfang verteilte, axial gerichtete Kanäle bzw. Nuten mit der dem Brennraum zugekehrten Stirnseite des Tragringes in Verbindung steht. An Stelle eines einzigen Tragringes für jeden Schmiegring können jedoch auch jeweils zwei Tragringe vorgesehen werden. In diesem Falle empfiehlt es sich, die Verbindung zwischen dem Schmiegring und den Tragringen so auszuführen, daß der Schmiegring mit den Tragringen verzahnt ist.

Der Schmiegring kann aus Stahl oder auch aus Leichtmetall hergestellt sein. Als Werkstoff für die Tragringe empfiehlt sich normaler Grauguß oder auch, da die Tragringe nicht auf Gleitreibung beansprucht werden, Stahl. Die Lauffläche des Schmiegringes kann mit einem Überzug aus Chrom oder einem anderen Werkstoff mit guten Gleit- und Verschleißeigenschaften versehen sein.

Der zusätzliche Hilfsdichtring, der das Entweichen der hinter den Kolbenring geführten Gase verhindert, kann vorteilhaft aus einer oder mehreren Stahllamellen bestehen. Die Anordnung wird dann nach der Erfindung so getroffen, daß die Hilfsdichtringe aus Stahllamellen in eine Nut der Rückenfläche des Tragringes und teilweise in eine Nut im Kolbennutengrund eingesetzt sind. Die Hilfsdichtringe aus Stahllamellen können wegen ihrer geringen axialen Stärke so eng in die Nuten eingepaßt werden, daß der infolge der Massenkräfte auftretende Nutenseitenwandwechsel keinen undichten Spalt ergibt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι einen rechteckigen Schmiegring in einer Laufflächennut eines Tragringes,

Fig. 2 eine im Querschnitt sägezahnförmige Verbindung zwischen Schmieg- und Tragring und

Fig. 3 einen Kolbenring, bei dem der Schmiegring durch zwei Tragringe angedrückt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt ein geschlitzter, bandförmiger Schmiegring 1 von

rechteckigem Querschnitt in einer in ihrer Mitte tiefer ausgeführten Nut eines Tragringes 3, die über auf den Umfang verteilte axial gerichtete Kanäle bzw. Nuten mit der dem Brennraum zugekehrten Stirnseite des Tragringes 3 in Verbindung steht. Durch den Tragring 3 wird der Schmiegring 1 dichtend an die Zylinderwandung 2 gepreßt. Durch die Kanäle bzw. Nuten können die Brenngase in die Ringnut des Tragringes 3 und

damit hinter die Rückenfläche des Schmiegringes 1 treten, so daß dieser durch die Gase noch zusätzlich an die Zylinderw'and 2 angepreßt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind auch in der den Tragring 3 aufnehmenden Nut des Kolbens 5 auf den Umfang verteilt noch Kanäle vorgesehen, durch die die Brenngase auch hinter die Rückenfläche des Tragringes 3 gelangen können, so daß auch dieser Ring durch die Brenngase radial nach außen gedrückt wird. Das Entweichen der durch

ao die Kanäle hinter den Tragring 3 geleiteten Gase wird durch Hilfsdichtringe 4, 4' verhindert, die aus Stahllamellen bestehen und einerseits in eine Nut der Rückenfläche des Tragringes 3 und andererseits in eine im Kolbennutengrund vorgesehene Nut eingesetzt sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird ein dünner Schmiegring 1 durch zwei Tragringe 3 und 6, die je in einer besonderen Nut des Kolbens 5 gelagert sind, gegen die Zylinderwandung 2 gepreßt.

Der Schmiegring 1 ist in diesem Falle mit den Tragringen durch im . Querschnitt verzahnungsähnliche, ringartige Vorsprünge verbunden. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Anpressung des Schmiegringes 1 und der Tragringe 3 und 6 durch die Brenngase vorgesehen. Bei der den Tragring aufnehmenden Nut des Kolbens 5 sind entsprechende Durchtrittskanäle für die Gase vorgesehen. In diesem Falle ist die oben zu Fig. 1 bereits erläuterte Hilfsabdichtung durch Stahllamellenringe 4, 4' bei dem Tragring 6 vorgesehen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt einen Schmiegring 1 von rechteckigem Querschnitt, der lose zwischen Schultern zweier Tragringe 3 und 6 eingelegt und so in axialer Richtung gesichert .ist. Im übrigen stimmt diese Ausführungsform mit dem Beispiel nach Fig. 2 überein.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kolbenabdichtung mit einem radial dünnen, an der Zylinderwand anliegenden Kolbenring und mindestens einem radial stärkeren Tragring, der durch über Bohrungen, Kanäle od. dgl. aus dem Druckraum hinter seine Rückenfläche geleitete Gase zusätzlich an die Zylinderwand gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Entweichen der hinter den Tragring (3) und/oder den Schmiegring (1) geleiteten Gase durch Hilfsdichtringe (4,4') verhindert wird.

2. Kolbenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Querschnitt rechteckiger Schmiegring (1) in einer in ihrer Mitte tiefer ausgeführten Nut des Tragringes

(3) liegt, die über auf den Umfang verteilte axialgerichtete Kanäle bzw. Nuten mit der dem Brennraum zugekehrten Stirnseite des Tragringes (3) in Verbindung steht.

3. Kolbenabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiegring (1) mit den Tragringen (3, 6) verzahnt ist (Fig 2).

4. Kolbenabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsdichtringe aus Stahllamellen (4, 4') in eine Nut der Rückenfläche des Tragringes (3 bzw. 6) und teilweise in eine Nut im Kolbennutengrund eingesetzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,